10.1 功和内能教案

第一节功和内能

一、教学目标

1、知道什么是绝热过程。

2、从热力学的角度认识内能的概念。

3、理解做功与内能改变的数量关系。

4、知道内能和功的单位是相同的。

二、教学重点与难点

做功和物体的内能之间的关系是本节的重点；将热力学从宏观的角度定义的内能，与分子动理论从微观的角度定义内能，二者的统一是难点。

三、教学方法与建议

实验法、分析比较法

四、学情分析

本节首先通过对焦耳的热功当量的实验的介绍，提出了绝热过程的概念。另外通过介绍其它一些在绝热过程中做功改变物体能量的例子，引出了对内能概念的介绍。整个前半部分学生应该没有什么问题，但在内能概念的介绍，以及从微观和宏观角度去理解对内能概念的统一解释，可能部分学生存在一定的困难。

五、教学过程

（一）新课引入

[问题]什么叫内能？与哪些因素有关？

学生思考回答：物体内所有分子动能与势能的总和叫做物体的内能。与物体的温度和体积有关。

[问题]质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？

学生思考回答后教师归纳：

温度变时分子动能变，体积变时分子势能变，因此物体的内能决定于它的温度和体积，但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。如两物体温度和体积均相同，而内能却没有确定的关系。再如，0O C的冰熔化成0O C水体积减小，不能就此认为其势能也减小，而应该从改变内能的方式上分析,冰熔化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，所增加的只是分子的势能。

[演示实验]

用课件演示压缩气体做功后，是密闭容器内的硝化棉自燃的现象，说明压缩气体做功后增加气体内能的事实。

[演示实验]

用课件演示焦耳热功当量实验。介绍：1818年12月24日生于英国曼彻斯特，起初研究电学和磁学。1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。

（二）新课学习

1、绝热过程

（1）定义：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程。

（2）焦耳的实验说明什么问题？

在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。

[问题]哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？

学生回答：重力做功。

2、内能

（1）定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能

（2）思考：这种说法与我们复习的说法一致吗？如何解释？

启发学生思考讨论，教师归纳：在分子动理论中，系统中所有分子热运动动能和分子间相互作用的分子势能的总和，叫做系统的内能；在热力学中，存在一个只与依赖于系统自身状态的物理量，由于这个物理量在两个状态之间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系，而功是能量转化的量度，我们把这个物理量称为系统的内能。

由于在绝热过程中对系统做功，系统的温度、体积等状态就要发生变化，所有分子热运动的动能和分子间相互作用的分子势能就要发生变化，系统的内能就要发生变化，因此分子动理论是从微观的角度来定义内能，热力学是从宏观的角度来定义内能，但两者是一致的。

3、习题训练

（1）下列说法正确的是（）

A 分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能

B 物体的分子势能由物体的温度和体积决定

C 物体的速度增大时，物体的内能增大

D 物体的内能减小时，物体的温度可能增加

（2）一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确（）

A 物体的机械能和内能都不变

B 物体的机械能减少，内能不变

C 物体的机械能增加，内能增加

D 物体的机械能减少，内能增加

（3）一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中（）

A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加

B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少

C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加

D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少

（4）下列实例中，属于做功来增加物体内能的是（）

A.铁棒放在炉子里被烧红

B.锯条锯木头时会发热

C.古时候的猿人钻木取火

D.冬天在阳光下取暖

（5）下列现象属于用做功的方法改变系统内能的是（）

A.放在火炉边的物体温度升高了

B.把一杯热水放在冷水中冷却

C.用铁锤锻打工件，工件会发热

D.拉弯的弓把箭射出去

（6）下列过程中，由于做功而使系统内能增加的是（）

A.把铁丝反复弯曲，弯曲处温度升高

B.烧开水时，蒸汽将壶盖顶起

C.铁块在火炉中被加热

D.铁球从空中自由下落（不计空气阻力）

（7）用下列方法改变物体的内能，属于做功方式的是( ) A.搓搓手会感到手暖和些 B.汽油机气缸内被压缩的气体C.车刀切下的炽热的铁屑 D.物体在阳光下被晒热（三）课堂总结

请学生总结本节课的内容。

（四）课后作业

阅读课本，完成课后“问题与练习”。